声学作为多领域交叉学科，从最初在音乐中的应用，到近代被广泛应用到电子电器，海洋，建筑，环境，汽车铁路航空，医学，地震，语音交互，已经从物理学的一个分支，发展成了与现实生活密不可分的一门重要学科。声学研究的最终目的，是为了人的听觉感官——耳朵服务，这决定了其地位之重要；而恰恰又是因为与人密切相关的特性，导致声学在制造业快速发展的时代并没有引起人的重视。直到制造业到达瓶颈，人，作为科技和制造的发起者和最终受益者，才被考虑进来。以人为本，人的主观感受和舒适性逐渐得以被重视，并且逐渐扩大市场影响力。因此需要有更多的人了解声学，这一古老而又充满活力的学科。

　　建筑声学 (Architectural Acoustics)，也称室内声学 (Room Acoustics，本文统称建筑声学)，是声学最传统的分支之一，一直到今天都是声学研究的重要课题。最先想到的就是音乐厅设计，这可能也是为数不多的在设计初期就把声学考虑进去的产品。由于人主要的活动都是在室内，所以除了音乐厅设计之外，居家卧室，工厂，电影院，图书馆，办公室（尤其是现在比较火的open-plan office噪声问题更大，所以很多人在提倡开放空间的同时也在考虑私人的声环境），学校，酒吧，以及汽车驾驶室等，都算在建筑声学的范畴之内。

　　建筑声学真正的形成是以W.C. Sabine的出现为时间节点，他也被普遍认为是建筑声学的奠基人。是他首先在1900年左右提出了混响时间 (Reverberation Time)和材料吸声的概念以及相应的经验公式，开启了科学研究建筑声学的先河。他设计的波士顿交响乐大厅被认为是全世界最好的音乐厅之一。

　　著名的Sabines Equation：通过房间体积，表面积和材料吸声系数计算混响时间。时至今日，混响时间仍然是衡量房间声学优劣的重要指标

　　房间响应 (Room Response)也是在这一时期被L. Cremer（又是德国人。。。）提出，用来研究添加吸声材料对房间混响的影响。从此，房间响应逐渐被应用到建筑声学中来。

　　从上到下的房间响应信号分别是房间：有地板和一面墙添加阻尼；只有地板添加阻尼；无添加阻尼

　　在这一时期，脉冲响应和传递函数被广泛应用到建筑声学，做出突出贡献的有Schroeder和Kuttruff。Schroeder freuqency也在这一时期被提出，根据房间大小和混响时间来判定从哪个频率点开始，房间模态开始大面积堆叠无法区分，呈现出随机性质 [3]。

　　随着电脑的发展，人们终于不用再手动计算傅里叶变换分析频谱，也可以逐渐摆脱各种大型测试仪器，比如下图的B&K level recorder。我在博士期间带实验课的时候，依然用的这款仪器测量房间混响时间。纯analog机械能转换，仪器输出端连接的笔在纸条上的路径记录房间能量的decay，再通过尺子测量，计算混响时间。虽然现在看好像弱爆了，但是不得不感叹当年的机械之美，以及其带来的非常简单粗暴但是又异常直观清晰的对知识的理解。

　　人们终于可以在建筑设计的初期就可以介入声学诉求，各种仿真软件也走入市场，比如CATT，EASE，ODEON等直到现在也是比较普遍的建筑声学软件。这些声学软件优势很明显，可以快速计算各种建筑声学参数，近些年也增加了Auralization功能，既能客观分析物理参数，还能进行主观评价；同时局限性也很明显，大部分软件都是基于几何声学，也就是在前面提到的Schroeder frequency只上的频率区域是准确的，只把声波等效成了没有相位只有强度的粒子，而忽略了低频的波动性。因此，主攻低频仿真的数值声学 (Numerical Acoustics)随着计算机功能的强大也逐渐兴起，比如常用的有限元/边界元 (FEM/BEM)，时域有限差分 (Finite-Difference Time-Domain, FDTD)，以及近些年的Pseudo-spectral Time Domain (PSTD)和Discontinuous Galerkin (DG)。然而这些数值方法距离大规模商用还有待计算机计算能力的进一步提升。

　　由于诸多因素都会引起仿线年代中期声学界展开了第一轮“Round Robin”测试，用来对比建筑声学的仿线]。

　　第一轮Round Robin结果 [6]。可以看出结果的bias是非常大的。精确的声学仿真道路依然任重而道远

　　现在我们终于迈入了现代化。“可听化”一词并不是可以听话的意思，而是与视觉的可视化 (Visualization)相对应的词汇。举个最简单的例子，当你在电脑里面建了一个房间的声学模型，从前你只可以用眼睛看到模型计算出来的各个参数，而现在有了Auralization，你还可以用耳朵去听这个房间的声音效果——就像在真实世界一样。Auralization经常和虚拟现实结合起来，把现实世界的声环境转到虚拟世界里，结合Visualization，让人身临其境。比如你在打游戏，看到在房间里，前面有个人在打枪，那么你听到的声音一定要从前边来，才能保证良好的游戏体验。而这个声音是一定要通过严谨的声学计算生成的。

　　像我前面提到的，声音传播有三要素。很自然，当把声音转移到虚拟世界时，也要从这三方面考虑。

　　以我自己的博士课题为例，我做的就是声源部分，主要研究移动声源的建模。把现实生活中能跑的东西（主要是汽车火车等交通工具）建模，放到虚拟现实中。通过在虚拟现实中模拟某种城市规划或者交通布局带来的交通工具噪声，让决策者和普通居民都能参与进去并对其评价，而不仅仅是盯着一堆冷冰冰的数字和频谱图，从而建造让居民满意的声环境。Auralization真正能做到“以人为本”，紧密结合声学和人，最大化的让人参与其中。

　　下面几个例子可以很直观地感受Auralization到底在干嘛（建议佩戴耳机，听双耳效果）。当你随着虚拟人的脚步，走在不同的地方、面对不同方向的时候，听到的东西是不一样的。在声源一定的前提下，房间布局会影响不同位置接收到的信号，而两个耳朵接收到的信号差又让人能够定位声源位置——别忘了人是佩戴两个声学传感器的生物。这种3D的声学体验是音乐厅设计师的梦，能够帮助他们更精确更贴心的设计，确保每个角落的观众的听音体验最优化。

　　现在的Auralization和VR相结合更多地用在了游戏产业，做得比较成功的是Facebook Reality Lab (前Oculus)，在其他产业并没有得到广泛关注，更多地停留在概念和科研界。Auralization本身也有很多没有解决的问题，比如想达到实时效果，声传播模型还停留在并不怎么准确的简化版几何声学，回放方面还不能满足多人接收者，大声源和移动声源的建模还不成熟等等。Auralization在以后的文章里我会详细讲，在这里就不再赘述。

　　声学和最新科技的结合，及其带来的全新发展视角和以人为本的考量，让建筑声学这一传统声学学科再次焕发青春，并充满潜在的商业机遇。

　　△印尼救援部门提供的倾覆的失联客轮画面当地时间9月13日下午，印尼爪哇海失联客轮事故联合搜救队在新闻发布会上表示，已确认失联客轮“Virgo Transport 8”号发生倾覆。目前事故已造成6人死亡，仍有百余人失踪。

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